恶劣工况下锅炉燃烧闭环优化控制与能效分析研究

摘要

燃煤工业锅炉每年消耗煤炭占总消耗量的三分之一，是高耗能工业行业。我国的工业锅炉燃烧工况较为恶劣、难以建立精确模型、锅炉热效率低、自动化水平不高，能源消耗严重。近年来工业锅炉计算机技术的迅速发展及各种优化控制算法的应用，使锅炉自动优化控制得以实现，提高了锅炉燃烧效率。本文以青岛某热电厂锅炉改造项目为研究对象，针对锅炉运行过程中存在的“工况恶劣、模型复杂、控制简单、评测滞后”等问题，研究恶劣工况下锅炉实时闭环优化控制算法设计与在线能效评测系统建立。系统能够满足厂家提出的不停炉改造、保证汽包水位稳定、保证锅炉经济安全稳定燃烧、具有能效分析功能、提供报表与一键复位六项要求。
　　首先，本文在另一台监控主机上利用力控组态软件设计监控界面，监控界面能够实时显示锅炉运行数据。同时设计了主从监控主机权限切换、心跳信号、参数超限报警、一键复位等功能来确保整个系统的安全稳定。
　　其次，设计OPC接口，实现力控组态软件与DCS的数据连通。对力控组态软件自带的OPC客户端进行配置，与浙大中控JX-300XP DCS的OPC服务器连通。融合锅炉燃烧机理信息，对通过DCS获取的锅炉运行数据进行分析处理，确定模糊控制规则。
　　然后，利用C＃编写能效分析模块和优化闭环控制模块。能效分析模块采用正平衡法和反平衡法分析锅炉效率，并将结果传送给优化控制模块。优化控制模块通过拟人控制、模糊PID控制、自寻优控制等控制算法来应对锅炉燃烧过程的恶劣工况。
　　最后，通过C＃编写软件建立锅炉的在线优化与能效评测一体化系统，并能够实现锅炉自动优化控制、运行数据实时显示、锅炉报警设置、数据库查询、用户管理、能效分析等功能。
　　系统不仅能够利用模糊PID控制解决锅炉滞后时间长、惯性大等问题，并能够通过结合能效分析结果优化锅炉燃烧。经实例分析验证，本文设计的结合能效分析的优化控制系统能够适应恶劣的燃烧工况，提高锅炉的燃烧效率。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题来源

1．4 课题研究主要内容

第二章 锅炉工艺流程及控制方法

2．1 锅炉工艺流程

2．1．1 链条锅炉简介

2．1．2 锅炉常规控制策略

2．2 锅炉控制方法

2．2．1 PID控制

2．2．2 三冲量控制

2．2．3 模糊控制

2．3 本章小结

第三章 系统设计

3．1 系统结构

3．2 监控系统设计

3．3 OPC通讯接口设计

3．4 系统功能设计

3．4．1 软件通讯设计

3．4．2 登录及用户管理功能设计

3．4．3 参数实时曲线功能设计

3．4．4 数据存储功能设计

3．4．5 优化控制功能设计

3．4．6 能效分析功能设计

3．5 锅炉安全运行设计

3．5．1 监控主机权限切换设计

3．5．2 心跳信号设计

3．5．3 参数超限报警设计

3．5．4 一键复位设计

3．5．5 用户权限设计

3．6 控制策略设计

3．6．1 控制方案设计

3．6．2 控制方法设计

3．7 模糊PID仿真验证

3．8 本章小结

第四章 锅炉优化控制实现

4．1 监控系统实现

4．1．1 监控系统界面及功能实现

4．1．2 监控系统通讯实现

4．2 系统软件实现

4．2．1 软件通讯实现

4．2．2 登录及用户管理功能实现

4．2．4 数据库相关功能实现

4．2．5 优化控制功能实现

4．2．6 能效分析功能实现

4．3 锅炉安全运行实现

4．3．1 监控主机权限切换

4．3．2 心跳信号

4．3．3 参数超限报警

4．3．4 一键复位

4．3．5 用户权限设置

4．4 模糊控制量化论域选择

4．5 优化控制实例

4．6 系统的启动步骤

4．7 本章小结

第五章 锅炉能效分析设计

5．1 工业锅炉能效测试模型

5．2 正平衡法

5．3 反平衡法

5．4 能效分析实例

5．4．1 能效分析流程

5．4．2 实例图分析

5．5 本章小结

第六章 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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